Глибоке дослідження доказу з нульовим розкриттям: технологія, яка змінює блокчейн

Доказательство з нульовим знанням (ZKP), або «засвідчення без розкриття інформації», є однією з технологічних інновацій, що змінюють спосіб використання блокчейну та захисту даних. Основна ідея доказу з нульовим знанням полягає в тому, щоб довести, що ви знаєте або володієте певною інформацією, не розкриваючи саму цю інформацію.

Сутність доказу з нульовим знанням

Що таке доказ з нульовим знанням (ZKP)?

Уявіть, що ви хочете потрапити до ексклюзивного клубу, не розкриваючи свою адресу проживання. Ви можете пред’явити посвідчення особи, щоб підтвердити, що вам виповнилося достатньо років, але не розкривати всю інформацію, що міститься у документі. Це і є ідея за доказом з нульовим знанням.

З технічної точки зору, доказ з нульовим знанням — це криптографічний протокол, що дозволяє одній стороні (довіряючій) переконати іншу сторону (перевіряльника), що певна твердження є істинним, не розкриваючи додаткової інформації, окрім самого факту істинності твердження. У сфері криптовалют це можна використовувати для доведення, що у вас достатньо коштів для здійснення транзакції, не розкриваючи точну суму балансу.

Механізм роботи доказу з нульовим знанням

Робота ZKP базується на складних математичних алгоритмах. Зазвичай процес складається з трьох кроків:

1. Обіцянка (Commitment): сторона, що доводить, фіксує інформацію, не розкриваючи її, створюючи «зобов’язання».

2. Виклик (Challenge): перевіряльник задає випадкове питання або виклик.

3. Відповідь (Response): сторона, що доводить, відповідає так, щоб продемонструвати знання інформації, не розкриваючи її.

Уявіть собі складний лабіринт. Довіряюча сторона знає шлях виходу і проходить його, залишаючи цифрові сліди. Перевіряльник може перевірити ці сліди і переконатися, що шлях пройдено правильно, але не знає конкретного маршруту.

Основні переваги доказу з нульовим знанням

Підвищення приватності

ZKP дозволяє користувачам доводити володіння або знання інформації без її розкриття. Наприклад, користувач може довести, що він є власником NFT, не розкриваючи свою особистість. У DeFi це означає, що провайдери фінансових послуг можуть залишатися анонімними, підтверджуючи транзакції без розкриття деталей.

Покращення безпеки

ZKP усуває залежність від довірених посередників. Замість довіряти третій стороні у підтвердженні інформації, ви можете використовувати математичне шифрування для самостійної перевірки. Це зменшує вектори атак і ризики зловживання даними. Зломщики матимуть важчий доступ до інформації, оскільки навіть перевіряючі не знають деталей.

Підвищення ефективності

ZKP дозволяє ефективніше підтверджувати складні обчислення порівняно з традиційними методами. У ланцюгах постачання це може означати доведення автентичності товару без обробки всіх даних. Це економить час, енергію та обчислювальні ресурси.

Zero Knowledge Rollups: рішення для масштабування блокчейну

Основна концепція

Zero Knowledge Rollups (ZK Rollups) — це важливий крок у розвитку технології блокчейну, що поєднує ZKP з технологією Layer 2 для розв’язання проблеми масштабованості. Замість обробки кожної транзакції окремо на основному блокчейні (що спричиняє затримки), ZK Rollups групують сотні або тисячі транзакцій у один пакет.

Відмінність полягає в тому, що ZK Rollups не лише надсилають зведення транзакцій, а й додають доказ з нульовим знанням. Цей доказ підтверджує, що всі транзакції у пакеті є валідними, не розкриваючи їх деталей. Таким чином, основний блокчейн може перевірити валідність тисяч транзакцій, лише перевіривши один доказ.

Практичний приклад

Наприклад, Ethereum зможе значно підвищити пропускну здатність за допомогою ZK Rollups. Замість обробки та збереження кожної транзакції на основному ланцюгу, вони об’єднують їх у зовнішній пакет. Потім надсилають один доказ з нульовим знанням у Ethereum для підтвердження валідності. Це дозволяє Ethereum обробляти мільйони транзакцій на секунду, порівняно з нинішніми 12-14.

Переваги ZK Rollups

• Швидкість транзакцій: обробка поза ланцюгом зменшує час очікування і комісії. Транзакції стають швидшими і дешевшими.

• Масштабованість: уявіть блокчейн, що може обробляти мільйони транзакцій на секунду. ZK Rollups відкривають шлях до глобального застосування.

• Збереження приватності: завдяки ZKP, деталі транзакцій залишаються прихованими.

• Збереження децентралізації: ZK Rollups надсилають лише доказ у основний ланцюг, не змінюючи децентралізовану природу.

• Зниження витрат: обробка поза ланцюгом зменшує комісії, роблячи блокчейн більш доступним.

Практичні застосування доказу з нульовим знанням

У сфері блокчейну

Одне з найпоширеніших застосувань — рішення для масштабування Layer 2. ZKP дозволяє проектам об’єднувати транзакції, зберігаючи при цьому безпеку та приватність. Також існують два основних типи ZKP:

• zk-SNARK: відомі своєю ефективністю, потребують менше обчислювальних ресурсів.

• zk-STARK: відомі своєю стійкістю до атак з використанням квантових комп’ютерів.

Інші застосування включають:

• Масштабованість: ZK Rollups вирішують обмеження Layer 1, об’єднуючи транзакції з доказами.

• Перевірка цілісності даних: доведення, що дані не підроблені, без завантаження всього файлу.

• Децентралізовані оракули: підвищення безпеки та приватності для сервісів, таких як Chainlink.

• Мультипартнерські обчислення (MPC): спільні обчислення без розкриття приватних даних.

У позаблокчейнових сферах

• Анонімні фінансові транзакції: здійснення платежів без розкриття балансу або особистості.

• Захист медичних записів: обмін необхідною медичною інформацією без розкриття історії хвороби.

• Безпечне голосування: підтвердження валідності бюлетеня без розкриття вибору.

• Перевірка походження товару: доведення автентичності товару у ланцюгу постачання без розкриття комерційної таємниці.

• Кредитна оцінка: доведення відповідності кредитним критеріям без розкриття фінансових даних.

• Біометрична автентифікація: підтвердження особистості за допомогою відбитків або обличчя без збереження оригінальних даних.

• Аутентифікація без пароля: доведення знання пароля без його розкриття.

Проєкти криптовалют, що використовують доказ з нульовим знанням

Багато проектів у екосистемі Ethereum активно застосовують ZKP:

Рішення Layer 2

• Loopring: використовує ZKP для об’єднання транзакцій, зменшення комісій і підвищення швидкості на Ethereum. Відомий своїми децентралізованими біржами високої швидкості.

• ZkSync: забезпечує швидкі та безпечні транзакції на Ethereum завдяки ZK Rollups, гармонійно інтегрується з існуючою екосистемою.

• Aztec Protocol: орієнтований на приватні транзакції у DeFi, дозволяє таємно позичати і позичати.

• Hermez Network: застосовує ZK Rollups для прискорення транзакцій і зниження витрат, особливо для великих обсягів.

Проєкти, що фокусуються на приватності

• Zcash: перший проект, що використовує zk-SNARK для приховування відправника, отримувача і суми транзакції. Мета — високий рівень приватності.

• Secret Network: активує приватність для смарт-контрактів, забезпечуючи конфіденційність даних і обчислень, підходить для приватних DeFi.

• Tornado Cash: використовує zk-SNARK для анонімності Ethereum-транзакцій, розриваючи зв’язки між адресами.

Інші проєкти

• Filecoin: децентралізована мережа зберігання, що використовує ZKP для підтвердження цілісності даних без розкриття їх змісту.

• StarkWare: пропонує платформи для розробників із застосуванням zk-STARK, що дозволяє швидше і дешевше обробляти транзакції.

• Immutable X: орієнтований на NFT, дозволяє майже миттєві транзакції без газових комісій на Ethereum.

• Mina Protocol: зберігає розмір блокчейну дуже малим за допомогою zk-SNARK, що дозволяє навіть смартфонам повноцінно брати участь у мережі.

Виклики та ризики

Хоча ZKP має великий потенціал, існують і ризики, що потребують врахування:

Технічні виклики

1. Висока обчислювальна складність: створення і перевірка доказів ZK вимагає значних ресурсів, що може обмежити застосування на пристроях з обмеженими можливостями.

2. Недосконалість технології: ZKP ще розвивається. Інтеграція з існуючими блокчейнами викликає питання сумісності, ефективності та безпеки.

3. Потреба у довірчому налаштуванні: zk-SNARK базується на процесі «довірчого налаштування» для створення криптографічних параметрів. Якщо цей процес буде скомпрометовано, вся система може бути під загрозою.

4. Загроза з боку квантових комп’ютерів: розвиток квантових обчислень може зламати сучасні схеми zk-SNARK, хоча zk-STARK вважаються більш квантово-стійкими.

Ризики централізації

Застосування ZK Rollups може призводити до концентрації сили у руках секвенсера, що може викликати побоювання щодо централізації.

Безпека і етика

• Зловживання приватністю: можливе використання для відмивання грошей або ухилення від податків. Необхідне регулювання.

• Кіберзагрози: користувачі можуть стати жертвами фішингових атак, якщо не будуть належним чином поінформовані. Освіта з безпеки є важливою.

Майбутнє доказів з нульовим знанням у блокчейні

ZKP і ZK Rollups — це не лише математичні концепції, а й ключові елементи наступної епохи блокчейну. Вони поєднують приватність, безпеку і масштабованість — важливі для глобального застосування технологій.

Обіцянки

Технологія ZKP обіцяє майбутнє, де:

• приватність захищена через анонімність транзакцій і даних

• безпека підвищена за рахунок математичних підтверджень без розкриття деталей

• масштабованість до мільйонів транзакцій на секунду

• децентралізовані ідентичності стають реальністю

• розробляються блокчейни, стійкі до квантових атак

• міжблокчейнові обчислення стають поширеними

Проблеми, які потрібно вирішити

Щоб ZKP став більш поширеним, потрібно подолати:

• обчислювальну складність

• недосконалість технологій

• недостатнє розуміння користувачами

• відповідне регулювання

Висновок

Незважаючи на виклики, майбутнє доказів з нульовим знанням є багатообіцяючим. Постійний розвиток цієї технології відкриває шлях до повернення контролю над особистими даними. ZKP допоможе створити цифрове майбутнє, де приватність, безпека і ефективність співіснують і змінюють спосіб взаємодії користувачів із технологіями.